选煤厂煤泥水深度澄清技术Word文件下载.docx
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⑴微细颗粒表面带有负电荷，互相之间因静电斥力而保持分散状态；
⑵微细颗粒表面有未补偿的键能，极性水分子定向排列，形成水化膜，阻止它们互相接触；
⑶微细颗粒质量轻，受水分子热运动影响强烈，导致它们稳定地悬浮在水体之中。
在以上诸原因中，第一点是最主要的。
选煤厂普遍使用的高分子聚合物絮凝剂—聚丙烯酰胺的架桥絮凝作用只适用于粗粒分散体系（＞0.075mm）和细粒分散体系（0.075~0.0125mm），对于属于类胶体范畴的微细颗粒（＜0.0125mm）是不起作用的。
中国矿业大学刘炯天教授首先倡导用矿物型凝聚剂MC对煤泥水进行沉降、澄清，其实质是人为增加Ca2+或Mg2+离子在选煤厂循环水中的含量来提高水的硬度。
对于水的软硬等级划分，我国尚未有统一标准，一般常采用德国度。
1德国度相当于1L水中含l0mg氧化钙（CaO）或7.2mg的氧化镁（MgO）。
水的软硬等级划分见表2。
表2水的软硬等级
等级
德国度
CaCl2溶解量g·
m-3
MgCl2·
6H2O溶解量g·
极软水
＜4.2
＜83.3
＜153.5
软水
4.2～8.4
83.3～166.5
153.5～306.9
中等硬水
8.4～16.8
166.5～333.0
306.9～613.9
硬水
16.8～25.2
333.0～499.5
613.9～920.8
极硬水
＞25.2
＞499.5
＞920.8
无机电解质凝聚剂水溶添加在循环水中，被电离的正离子（如Ca2+、Mg2+）中和或降低细泥表面的负电，减小未补偿的键能，减弱它们之间的同性斥力，破坏类胶体的稳定态，促使它们在分子力的作用下碰撞接触形成凝块，但这些凝块质量仍然较小，沉降速度缓慢。
此时向浓缩机（二段）入料中添加的高分子絮凝剂水溶液可将凝块架桥絮凝成絮团，沉降速度大大加快，产生清净的澄清水。
由于凝块表面电性弱，颗粒之间的斥力小，形成的絮团比较紧密，提高了压滤速度。
其作用机理如图2所示。
图2凝聚剂和絮凝剂配合添加作用机理示意图
MC矿物型凝聚剂来源广、价格便宜，其澄清效果远好于传统水处理领域使用的硫酸铝、碱式氧化铝、氯化铁等正3价金属盐的凝聚剂，但它的缺陷是溶解度极低，溶解速度极慢，在生产使用中有相当多的部分来不及溶解便沉淀在煤泥之中，利用率较低。
为此，笔者以溶解度高、溶解速度快、利用率高的氯化钙和氯化镁两种凝聚剂为主，以絮凝剂聚丙烯酰胺为辅，进行了系列的煤泥水凝聚—絮凝澄清实验室试验。
2.氯化钙和氯化镁的凝聚—絮凝试验
2.1澄清水浓度与吸光度的关系
选煤厂常用浓度壶来快速测定煤泥水浓度，但这种方法只能用于测定浓度大于30g·
L-1的煤泥水（MT/T808《选煤厂技术检查》中规定）。
本试验的澄清水浓度均小于1.0g·
L-1，若按MT/T805《煤矿水中悬浮物的测定》采用定量分析滤纸进行过滤、烘干、称重来测定，既费时又费工。
为了简化测定工序，缩短试验时间，提高工作效率，对已知浓度的较浑浊的澄清水逐步定量稀释，采用722型可见分光光度计，以纯净饮用水作参比，快速测定各水样的吸光度。
当单色光穿过分光光度计盛有水样的比色皿时，水样中悬浮的细泥将阻止光波穿过，水样浓度越高（即悬浮颗粒越多），吸光度越高。
表3列出了不同浓度水样的吸光度。
对表中数值进行处理后得到回归方程，即澄清水浓度q与吸光度A的关系式。
表3澄清水浓度与吸光度相关关系计算表
序号
澄清水浓度X,mg/L
X2
吸光度Y
Y2
XY
1
315.2
99351.0
0.484
0.2343
152.56
2
157.6
24837.8
0.254
0.0645
40.03
3
105.1
11046.0
0.165
0.0272
17.34
4
78.8
6209.4
0.124
0.0154
9.77
5
63.0
3969.0
0.098
0.0096
6.17
6
52.5
2756.3
0.071
0.0050
3.73
7
45.0
2025.0
0.061
0.0037
2.75
8
39.4
1552.4
0.049
0.0024
1.93
9
35.0
1225.0
0.043
0.0018
1.51
10
31.5
992.3
0.040
0.0016
1.26
11
28.7
823.7
0.037
0.0014
1.06
12
26.3
691.7
0.033
0.0011
0.87
13
0.00
0.00
978.1
155479.6
1.459
0.3680
238.97
常数
回归方程：
Y=-0.0082+0.0016X
即：
A=-0.0082+0.0016q
可改写为：
q=625A+5.1
式中：
q—澄清水浓度（mg/L）；
A—吸光度。
相关系数R=
查表当显著性水平为0.001时的临界值R′=0.801，R＞＞R′，故有99.9%的把握判断此回归方程相关关系是显著的，有良好的线性关系。
图3所示的是根据表3数据绘制的回归线。
图2澄清水浓度与吸光度的回归线
2.2试验条件
A选煤厂浓缩机溢流经长时间静止沉淀的煤泥经过滤、烘干，再用转速24000r/min的FW100型高速万能粉碎机粉碎2min后作为试验用煤泥样。
为便于计算和调整试验水体的硬度，根据试验要求将化学分析纯的氯化钙和氯化镁溶于纯净水中，各自配置为不同浓度的水溶液。
将10g煤样置于500mL量筒中，与相应硬度的水体混合10s，配置成浓度为20g·
L-1的煤泥水样，再添加适量的聚丙烯酰胺水溶液混合20s，静置5min后，取其澄清水测定吸光度。
有代表性的试验结果见表4、表5和图4、图5。
表4水体硬度、絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系
（添加氯化钙调整硬度）
水体硬度（德国度）
0（极软）
6.0（软水）
11.2（中等硬水）
17.6（硬水）
27.2（极硬水）
澄清水浓度mg·
L-1
絮凝剂单位用量1g·
1734.9
192.0
155.1
143.2
170.1
絮凝剂单位用量3g·
860.7
61.4
34.5
43.9
45.1
絮凝剂单位用量5g·
920.7
53.9
18.9
20.1
19.5
图4不同水体硬度下（CaCl2）絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系
表5水体硬度、絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系
（添加氯化镁调整硬度）
5.5（软水）
10.9（中等硬水）
19.4（硬水）
29.7（极硬水）
3263.1
820.7
214.5
184.5
2293.4
563.2
68.2
67.6
93.9
1393.4
82.6
72.0
62.0
图5不同水体硬度下（MgCl2）絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系
2.3试验数据及分析
①用氯化钙调整水体硬度
由表4、图4可知：
a.在絮凝剂单位用量相同的条件下，将水体硬度由软水调整到硬水时，澄清水浓度均有下降。
b.将水体的硬度调整到极硬时，其澄清水的浓度却不如中等硬度水的指标，这是由于在煤泥水中钙离子数量过多，不但中和了悬浮颗粒表面的负电荷，而且产生了反向吸附，颗粒表面呈正电性的缘故。
c.除软水以外，在中等硬度水、硬水、极硬水的条件下，当絮凝剂单位用量由1g·
m-3增至3g·
m-3时，澄清水浓度均有大幅度下降。
而当絮凝剂单位用量由3g·
m-3增至5g·
m-3时，澄清水浓度只有小幅度的降低。
所以絮凝剂单位用量超过3g·
m-3是没有必要的。
d.在水体为中等硬水的条件下，聚丙烯酰胺单位添加量达到5g·
m-3时，澄清水最为清静，考虑到聚丙烯酰胺价格为1.5万元/t的情况，以及实际生产循环水浓度＜200mg·
L-1的要求，从技术经济合理性的角度出发把水体调制为硬水，絮凝剂单位添加量控制在1~3g·
m-3之间，将澄清水浓度保持在143.2~43.9mg·
L-1范围内更为适宜。
②用氯化镁调整水体硬度
由表5、图5可知，用氯化镁调整水体硬度时，煤泥水凝聚—絮凝沉降试验的规律基本上跟用氯化钙相似，不同点在于：
a.在中等硬水条件下，聚丙烯酰胺的单位用量由3g·
m-3时，澄清水浓度没有下降的趋势。
b.在硬水条件下，聚丙烯酰胺的单位用量由3g·
m-3时，澄清水浓度有上升趋势。
为满足实际生产循环水浓度＜200mg·
L-1的要求，可把水体调整为硬水，聚丙烯酰胺单位用量在1~3g·
m-3的范围内，将澄清水浓度保持在184.5~67.6g·
L-1之间。
根据表4、表5的数据绘制出在絮凝剂单位用量为1g·
m-3时水体硬度与澄清水浓度的关系，见图6。
从图6可清楚看到，在软水至中等硬水的范围内，使用CaCl2调制水体硬度的澄清水浓度要低于使用MgCl2澄清水浓度，但水体硬度达到硬水的范围后，两者的差别有明显缩小的趋势。
在絮凝剂单位用量为3g·
m-3时，也是这样的情况。
图6水体硬度与澄清水浓度的关系（絮凝剂单位用量1g·
m-3）
3.实际生产的药剂添加量及费用预测
工业用的氯化钙和氯化镁货源广泛，价格比聚丙烯酰胺低得多，两者配合添加，不仅可以减少絮凝剂单位添加量，还可以使絮凝剂无法直接作用的细泥有效沉降，在技术经济上是完全合理的。
3.1工业用的氯化钙和氯化镁
⑴工业用氯化钙
工业用氯化钙分为固体氯化钙和液体氯化钙两种，固体氯化钙为白色结晶体，按照其结晶体的形态可分为片状、粒状以及粉状，同时由于固体氯化钙所含结晶水的不同，又将其分为二水氯化钙和无水氯化钙。
工业用氯化钙通常用于道路、停车场、码头的融雪和除冰，是港口消雾、路面集尘和织物防火的最佳材料；
能加速混凝土的硬化，增加建筑砂浆的耐寒能力，是优良的建筑防冻剂；
是生产色淀颜料的沉淀剂，可用于废纸加工脱墨；
是生产钙盐的原料，也可用作铝镁冶金的保护剂、精炼剂等。
氯化钙暴露于空气中易潮解，在水中的溶解度也很大，0℃时100克水能溶解59.5g氯化钙，20℃时能溶74g，100℃时溶解159g。
2009年6月纯度为74%的氯化钙网上平均报价为980元/吨。
⑵工业用氯化镁，俗称卤片
氯化镁分子式为MgCl2，是无色六角晶体，通常含有六个分子结晶水，即MgCl2·
6H2O，为白色结晶体，易溶于水和乙醇，水溶性为2350g·
L-1（20°
C）。
在冶金工业中，MgCl2.6H2O可用作耐火材料和砌炉壁的粘合剂，是生产二号熔剂和冶炼金属镁的原料；
在化学工业中是生产各种镁盐的原料；
在食品工业中是蛋白质凝固剂，可用于生产豆制品；
在建筑工业中是生产镁水泥的原料，在冬季施工时可用做防冻剂；
在农业中可生产镁肥、钾镁肥和棉花脱叶剂，此外还可用做煤矿防火剂、公路防尘剂、稳定土壤。
2009年6月纯度为46%的氯化镁网上平均报价为560元/吨。
3.2药剂添加量及费用的预测
以采用唐山国华科技有限公司设计的无压给料三产品重介质旋流器选煤工艺的年处理能力为1.20Mt（227t/h）某炼焦煤选煤厂为例，循环水量为450m3/h，生产补加水为软水等级（5个德国度），添加工业用氯化钙或卤片将循环水调整到硬水等级（20个德国度）。
凝聚剂和絮凝剂添加点如图7所示，絮凝剂水溶液添加到二段浓缩机入料之中，凝聚剂水溶液添加到循环水池里。
图7絮凝剂和絮凝剂的添加点
需要指出的是按传统要求凝聚剂水溶液需先于絮凝剂水溶液添加到二段浓缩机入料中，在添加钙、镁离子型凝聚剂水溶液时可以不拘泥于这种步骤，根据现场条件添加到选煤厂煤泥水中即可。
因为钙、镁离子可随循环水迅速均匀扩散
到整个选煤厂水体之中。
当选煤厂建成试生产或现有选煤厂改用氯化钙或卤片时，必须增加钙、镁离子含量，将全厂水体调整到硬水等级。
在实现洗水闭路循环、正常生产时为达到钙、镁离子含量的动态平衡，除将生产补加水调整到硬水等级外，还要考虑到矿物质对钙、镁离子的交换吸附，按1.2倍来预测凝聚剂添加量。
氯化镁或卤片水溶液可连续添加，也可间断添加。
用“水硬度快速分析盒”定时快速测定循环水硬度（或用电导率仪间接测定水质硬度），当循环水硬度低于20个德国度时，必须添加（甚至多添加）凝聚剂水溶液，当硬度超过25个德国度时，则停止添加。
按本次试验结果，采用氯化钙或卤片时，聚丙烯酰胺单位用量均为3g·
m-3，药剂添加量及费用预测见表6。
4.工业应用
淮北矿业（集团）公司临涣选煤厂为年处理原料煤13.00Mt的亚洲最大的炼焦煤选煤厂，主要入选周边以陆相沉积煤田为主的各矿井原料煤，由于原料煤中含有大量粘土类矿物质，极易泥化成＜0.0125mm的细泥，并随洗水循环积聚，造成恶性循环，致使该厂一度发生浓缩机压耙子事故。
后添加以钙离子型凝聚剂为主、聚丙烯酰胺为辅的药剂进行混凝处理，取得显著的工艺效果，彻底解决了影响全厂正常生产的一大难题。
表6凝聚剂和絮凝剂添加量和费用
项目
工业用氯化钙
工业用卤片
投产清水
试验期间
全厂煤泥水量m3
730
添加量t
0.29
0.87
单价元/t
980
560
费用元
284.2
487.2
正常
生产
期间
凝聚剂
补加水量m3/h
15.9
添加量kg/h
7.67
22.73
费用元/h
7.52
12.73
聚丙烯
酰胺
单位添加量g/m3
第二段浓缩机入料量m3/h
450
1.35
15000
20.25
凝聚剂、絮凝剂费用
元/h
27.77
32.98
元/t煤
0.122
0.145
注：
未考虑凝聚剂长途运输费用
4.1浓缩机工艺效果
耙式浓缩机工艺效果指标见表7。
表7耙式浓缩机工艺效果指标
澄清浓缩设备技术特征
入料与产物特性
工艺效果指标
设备
名称
耙式浓缩机
入料
浓度a/%
2.4
澄清系数Δ
99.58
灰分/%
51.59
流量/m3·
h-1
2400
型号
规格
CD45
溢流
浓度b/%
0.01
底流固体回收率E1/%
99.62
单位处理能力
/m3·
（h·
m2）-1
1.10
产率（固液）γb/%
7.97
底流液体混杂率E2/%
5.72
/t·
0.02
底流
浓度c/%
30.0
沉淀面积/m2
2190
51.53
浓缩效率ηn/%
93.90
产率（固液）γc/%
92.03
由表7可看出：
a.由于溢流水浓度很低，澄清系数Δ≈1，底流固体回收率E1≈100，表明以钙离子型凝聚剂为主、聚丙烯酰胺为辅的联合添加使得煤泥得到深度澄清。
b.澄清浓缩设备的任务不但使悬浮液得以净化，且其底流要有足够的浓度，为后续压滤机的生产创造良好条件，该浓缩机底流浓度高，液体混杂率低，有利于压滤机的脱水。
4.2煤泥脱水回收设备实际处理能力
采用钙离子型凝聚剂为主、聚丙烯酰胺为辅的联合添加措施以后，煤泥脱水回收设备的实际处理能力有大幅度的提高（见表8）。
浮选精煤脱水回收设备——加压过滤机的卸料周期减少了60.71%，单台设备的实际处理能力是过去的2.54倍，这是由于溶于水中的钙离子压缩浮选精煤表面的双电层，使其表面电性降低，水化层变薄，疏水性进一步提高。
另外，由于细泥能及时有效沉降回收，使得浮选精煤中的细泥含量减少。
基于以上原因，煤泥可过滤性得到极大改善，比滤阻（单位厚度的滤饼阻力）显著降低，设备处理能力成倍增加。
尾煤压滤机的处理能力也有较大提高，表现在压滤时间缩短和滤饼脱落率提高两方面，减轻了职工的劳动强度。
其原因除细泥表面疏水性得到改善外，还与絮凝剂添加量减少有关。
高分子絮凝剂各链节因氢键作用可吸附水分子，随其用量增加，絮团结构越显蓬松，含水量越大。
絮凝剂用量减少后，浓缩机底流中粘稠的大絮团减少，杜绝了底流泵管道堵塞的事故。
表8煤泥脱水回收设备的实际处理能力
浮选精煤脱水回收
高灰分细煤泥脱水回收
GPJ96加压过滤机卸料周期/s
压滤周期/min
XMZ500/1500型箱式压滤机
KM250/1600型快开式隔膜压滤机
钙离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺联合添加前
280
100
60
钙离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺联合添加后
110
80
40
4.3经济效益
⑴直接经济效益。
单位药剂消耗量和费用见表9。
该厂曾采用710净水剂和聚丙烯酰胺联合添加方案，效果不尽人意，成本为0.27元/吨原料煤。
钙离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺联合添加的成本费为0.19元/吨原料煤。
按年入选13.00Mt原料煤计算，全年可节约药剂费用104万元。
表9单位药剂消耗量和费用
710净水剂
钙离子型
单位用量
/g·
t-1原料煤
12.3
44.7
——
5.5
19.9
9.1
83.2
4.1
37.1
16880
1265
480
吨煤成本
元/t原料煤
0.21
0.06
0.15
0.04
⑵间接经济效益。
首先，加压过滤机及压滤机的处理能力得到提高，大大减少了滤板、滤布等的维修费用；
其次，循环水的质量得到彻底控制，为整个工艺的生产创造了良好的条件，减少了生产事故发生率，提高了生产效率，降低了生产成本；
另外，循环水可直接代替部分生产清水，也降低了水耗，节约了大量的水资源。
5.结语
实验室煤泥水凝聚—絮凝沉降试验以及特大型炼焦煤选煤厂的生产实践表明，以钙、镁离子型凝聚剂为主、聚丙烯酰胺絮凝剂为辅的联合添加方案是一项实用性强、简便易行、投入少产出多、能取得立竿见影效果的技术措施，彻底解决了我国选煤厂煤泥水澄清的难题，并提高了煤泥脱水回收设备的实际处理能力，保证了洗水良性闭路循环，实现了清水选煤。
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